第二节 光合作用——光能的捕获和转换
第1课时 解开光合作用之谜、叶绿体与光能的捕获
课时作业
(时间:30分钟 分值:48分)
第1～8题每题3分,第9～10题每题6分,共计36分。
基础对点练
知识点1 光合作用的发现历程
1.把载有水绵和好氧细菌的临时玻片标本放在没有空气的黑暗环境里,然后用极细的光束照射水绵,通过显微镜观察发现,好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射的部位。该实验证明了( )
[A]叶绿体能产生营养物质
[B]光合作用产生淀粉
[C]光合作用释放的O2来自水
[D]叶绿体是光合作用的场所
【答案】 D
【解析】 把载有水绵和好氧细菌的临时玻片标本放在没有空气的黑暗环境里,然后用极细的光束照射水绵,通过显微镜观察发现,好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射的部位。说明被光束照射的地方有氧气的产生。所以该实验证明光合作用能产生氧气,而且叶绿体是光合作用的场所。
2.(2024·南通期末)下列关于探索光合作用原理的部分实验的叙述,错误的是( )
[A]希尔发现,在离体叶绿体悬液中加入铁盐,在黑暗中可以释放出O2
[B]鲁宾和卡门利用同位素标记技术,证明了光合作用产物O2来自H2O
[C]恩格尔曼的实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧
[D]卡尔文用14C标记CO2,探明了CO2中的碳如何转变为有机物中的碳
【答案】 A
【解析】 希尔发现在离体的叶绿体悬液中加入铁盐,在光照下可以释放出氧气。
3.鲁宾和卡门用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2,然后进行两组实验:第一组向小球藻培养液提供H2O和C18O2;第二组向同种植物提供 O 和CO2。在其他条件都相同的情况下,分析了两组实验释放的氧气。下列相关叙述正确的是( )
[A]小球藻细胞和黑藻叶细胞最明显的区别是有无核膜
[B]鲁宾和卡门的实验需通过检测同位素的放射性来追踪物质变化规律
[C]鲁宾和卡门的实验中第一组和第二组释放O2的相对分子质量比为8∶9
[D]本实验也可以只用一组植物,向其提供O和C18O2
【答案】 C
【解析】 小球藻细胞和黑藻叶细胞均属于真核细胞,二者均有核膜;18O不具有放射性,不能通过检测同位素的放射性来追踪物质变化规律;鲁宾和卡门的实验中第一组释放的氧气为16O2,第二组释放的氧气为18O2,二者的相对分子质量比为8∶9;如果只用一组植物,向其提供 O 和C18O2,不能确定光合作用释放的氧气来自H2O还是CO2。
知识点2 提取和分离叶绿体中的光合色素
4.(2025·盐城月考)光合色素对不同的可见光吸收不同,叶绿素主要吸收( )
[A]蓝紫光 [B]红光
[C]蓝紫光和红光 [D]绿光
【答案】 C
【解析】 叶绿体内的光合色素中,叶绿素主要吸收蓝紫光和红光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
5.(2025·南京期末)采用新鲜菠菜叶开展“绿叶中色素的提取和分离”实验,下列叙述错误的是( )
[A]提取色素时可用无水乙醇作为溶剂
[B]研磨时添加SiO2有助于色素提取
[C]画滤液细线应画粗些且画一次即可
[D]层析时滤液细线不能触及层析液
【答案】 C
【解析】 画滤液细线的要求是细、直、齐,目的是使分离出的色素带平整不重叠,滤液细线干燥后要在同一位置重复画,目的是增加滤纸条上色素的含量,使分离出的色素带清晰分明。
6.(2025·扬州月考)在做提取和分离叶绿体中的光合色素实验时,甲、乙、丙、丁四名同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“+”表示使用,“-”表示未使用),其余操作均正常,他们所得的实验结果依次应为( )
试剂 甲 乙 丙 丁
无水乙醇 - + + +
CaCO3 + + - +
SiO2 + + + -
[A]①②③④ [B]④②③①
[C]②④①③ [D]③②①④
【答案】 C
【解析】 甲同学由于没有加入提取剂无水乙醇,所以提取液中不会出现色素,色素分离的结果是②;乙同学操作正确,色素分离后得到的色素带有四条,与④情况相符;丙同学由于未加CaCO3,所以叶绿素含量减少,所得到的色素带中两条叶绿素带比正常的色素带要窄,对应①;丁同学由于未加SiO2,导致叶片研磨不充分,最终导致各种色素的含量均减少,对应③,因此甲、乙、丙、丁四位同学所得的实验结果依次应为②④①③。
7.(2025·扬州月考)右图所示为某次光合作用色素纸层析的实验结果,样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝细菌经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是( )
[A]研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素
[B]实验验证了该种蓝细菌没有叶绿素b
[C]层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液
[D]在敞开的烧杯中进行层析时,需通风操作
【答案】 B
【解析】 研磨时加入CaCO3是为了保护叶绿素;由题图可知,蓝细菌光合作用色素纸层析的实验结果中只有两条色素带,含有的色素是叶绿素a和胡萝卜素,不含有叶绿素b;色素在层析液中的溶解度不同,因此可用层析液来分离色素,生理盐水或磷酸盐缓冲液不能溶解色素,层析液不可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液;层析时,为了防止层析液挥发,需要用培养皿盖住烧杯。
8.下图表示叶绿体中色素吸收光能的情况。据图判断,下列说法错误的是( )
[A]由图可知,类胡萝卜素主要吸收400～500 nm波长的光
[B]用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度
[C]由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后,叶绿体吸收利用的光能减少
[D]土壤中缺乏镁时,植物对420～470 nm波长的光的利用量明显减少
【答案】 C
【解析】 由题图可知,类胡萝卜素主要吸收400～500 nm波长的光;由题图可知,叶绿体中色素吸收450 nm波长的光比吸收600 nm波长的光要多,因此用450 nm波长的光比
600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度;分析题图可知,由550 nm波长的光转为
670 nm波长的光后,叶绿体中色素吸收的光能变多;叶绿素吸收420～470 nm波长的光较多,缺镁时,叶绿素的合成受到影响,植物对 420～470 nm波长的光的利用量明显减少。
综合提升练
9.(多选)下图表示叶绿体中色素的吸收光谱(颜色深、浅分别表示吸收量多、少),下列有关叙述错误的有( )
[A]甲种色素主要分布在层析后滤纸条上自上而下的中间两条色素带
[B]甲、乙分别是叶绿素、类胡萝卜素的吸收光谱
[C]甲、乙分别是叶黄素、胡萝卜素的吸收光谱
[D]乙种色素是光合作用过程中的主要色素
【答案】 ACD
【解析】 颜色深、浅分别表示吸收量多、少,故甲图的吸收光谱主要在蓝紫光区和红光区,应为叶绿素的吸收光谱,叶绿素分布在层析后滤纸条自上而下的第三、四两条色素带。甲图的吸收光谱主要在蓝紫光区和红光区,应为叶绿素的吸收光谱;乙图的吸收光谱主要在蓝紫光区,应为类胡萝卜素的吸收光谱。乙种色素为类胡萝卜素,叶绿素是光合作用过程中的主要色素。
10.(多选)将水绵(叶绿体呈螺旋带状分布)放在一张载有好氧细菌悬浮液的玻片上,细菌会移向氧浓度高的区域。在黑暗条件下密闭培养一段时间后,观察细菌在不同光照下的分布情况。下列叙述正确的有( )
[A]用好氧细菌可确定水绵释放氧气多的部位
[B]白光下好氧细菌均匀地分布在叶绿体周围
[C]水绵叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂中
[D]c组的好氧细菌主要分布在蓝、绿光点处
【答案】 ABC
【解析】 好氧细菌需要氧气进行有氧呼吸,因此用好氧细菌可确定水绵释放氧气多的部位;白光下氧气产生较均匀,因此好氧细菌均匀地分布在叶绿体周围;水绵叶绿体中的色素能溶解在无水乙醇中;在c组中有红、绿、蓝三区,吸收光能的色素中,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,在蓝光点和红光点区域释放的氧气最多,聚集的细菌最多。
11.(12分)(2025·徐州月考)某同学用菠菜叶做色素的提取和分离实验过程中,用纸层析法分离色素,在滤纸条上分离出5条色素带,计算出每条色素带的迁移率如图1所示。可以确定最下面的两条色素带分别为叶绿素a和叶绿素b,但上方还有三条色素带。为了弄清这些色素带的成分,该同学做了β-胡萝卜素和叶黄素的标准品迁移率的对比,结果如图2所示。请回答下列问题。
(1)菠菜叶中的光合色素主要分布在叶绿体中的 上。
(2)实验中可以用 提取菠菜叶中的色素。色素带的迁移率与
有关。
(3)叶绿素a的颜色是 ,叶绿素主要吸收 光。
(4)根据图2实验结果可以推测β-胡萝卜素和叶黄素分别对应图1中色素带 和 。
【答案】 (除标注外,每空2分)
(1)类囊体膜
(2)无水乙醇 其在层析液中的溶解度
(3)蓝绿色 蓝紫光和红
(4)1(1分) 2(1分)
【解析】 (1)叶片中光合色素主要分布在叶绿体的类囊体膜上。
(2)色素易溶于有机溶剂,所以可用无水乙醇提取菠菜叶中的色素,色素带的迁移率与其在层析液中的溶解度有关,溶解度大的在层析纸上扩散较快。
(3)叶绿素a呈蓝绿色,叶绿素主要吸收蓝紫光和红光。
(4)由题图可知,色素带1和色素带2的迁移率分别与β-胡萝卜素和叶黄素的迁移率对应,说明色素带1为 β-胡萝卜素,色素带2为叶黄素。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)第二节 光合作用——光能的捕获和转换
第1课时 解开光合作用之谜、叶绿体与光能的捕获
[学习目标] 1.简述光合作用的发现及研究历史。2.阐述叶绿体中光合色素的种类和功能。3.进行“提取和分离叶绿体中的光合色素”的实验。
一、解开光合作用之谜
1.海尔蒙特的“柳树实验”
(1)实验方法:定量研究法。只用收集到的雨水给柳树浇水。
(2)实验结果:柳树苗长成大树,土壤质量减少很少。
(3)实验结论:树木只要有水,就能生长发育。
2.英格豪斯实验
(1)实验方法:把带叶的枝条放入水里。
(2)实验结果:绿叶只在阳光下产生气体,在黑暗处不产生气体。
3.萨克斯实验
(1)实验过程:将暗处理过的叶片做部分遮光后放在光下,采用碘蒸气处理叶片。
(2)实验结论:叶片在光下能产生淀粉。
4.鲁宾和卡门实验
(1)探究方法:同位素标记法。
(2)实验过程及结论
5.卡尔文实验
(1)研究方法:同位素标记法,用14C标记CO2。
(2)研究结果:发现CO2被用于合成糖类等有机物的途径——卡尔文循环。
6.恩格尔曼实验
(1)实验过程。
(2)实验结论:叶绿体中含有能有效地吸收利用红光和蓝紫光的物质,这些物质吸收的光与绿叶在光下产生氧气有关。
7.希尔实验
(1)实验方法:向叶绿体悬液中加入草酸铁,并给予光照。
(2)实验结果:离体叶绿体释放出了氧气。
(3)实验结论:一定程度上证明光合作用在叶绿体中进行。
二、提取和分离叶绿体中的光合色素
1.实验原理
(1)无水乙醇等有机溶剂能溶解绿叶中的各种光合色素。
(2)色素在层析液中的溶解度不同,因而在滤纸上的扩散速度有差异。
2.实验步骤
(1)提取色素:称取5 g新鲜的菠菜叶(或其他植物绿叶),剪碎后放入研钵中,加入少许二氧化硅、碳酸钙和5 mL无水乙醇,迅速而充分地研磨。将研磨液过滤到试管中,及时用棉塞塞紧试管口。
(2)制备滤纸条:将与烧杯高度相等、宽1 cm的干燥滤纸条,剪去一端的两个角,在距离该端大约1 cm处用铅笔画一条细线。
(3)画滤液细线:用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔画的细线画一条细而直的滤液细线,吹干后在同一位置重复画滤液细线。
(4)分离色素:将画好滤液细线的滤纸条轻轻地插入盛有3 mL层析液的烧杯中,斜靠在烧杯壁上,用培养皿覆盖烧杯。滤液细线不能触及层析液。
(5)观察结果:几分钟后取出滤纸条,观察滤纸条上色素的分布情况。
色素种类 色素颜色
① 胡萝卜素 类胡萝卜素 橙黄色
② 叶黄素 黄色
③ 叶绿素a 叶绿素 蓝绿色
④ 叶绿素b 黄绿色
3.叶绿体中色素的分布及功能
(1)分布:在类囊体膜上。
(2)功能:叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。叶绿素是光合作用过程中的主要色素,类胡萝卜素还有保护叶绿素免遭强光伤害的作用。
判断正误
(1)英格豪斯证明了植物在阳光下产生O2。( )
【答案】 ×
【提示】 英格豪斯发现绿叶只在阳光下产生气体,后来人们确定该气体为O2。
(2)恩格尔曼利用水绵和好氧细菌进行实验,证明光合作用的放氧部位是叶绿体。( )
【答案】 √
(3)不能让滤液细线触及层析液,否则滤液细线中的色素会被层析液溶解。( )
【答案】 √
(4)叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收红光。( )
【答案】 ×
【提示】 叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
(5)绿叶中的色素易溶于有机溶剂,一般用层析液提取绿叶中的色素。( )
【答案】 ×
【提示】 绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中,所以一般用无水乙醇提取绿叶中的色素。
(6)提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分。( )
【答案】 ×
【提示】 提取色素时加碳酸钙的目的是防止叶绿素分子被破坏。
任务一 分析光合作用的探索历程
探究1 分析萨克斯的实验
下图所示是萨克斯的实验步骤,请分析回答下列问题。
(1)把绿叶先在暗处放置24小时的目的是什么
【提示】 消耗掉叶片中原有的淀粉,防止干扰实验结果。
(2)该实验是如何形成对照的
【提示】 树叶部分遮光,另一部分曝光,形成了对照。
(3)为什么要将叶片用酒精脱色后再用碘蒸气处理
【提示】 避免叶片颜色对实验结果的干扰。
(4)本实验的结论是什么
【提示】 叶片在光下能产生淀粉。
探究2 分析恩格尔曼的实验
1881年,科学家恩格尔曼做了这样的实验:把载有水绵(叶绿体呈螺旋带状分布)和好氧细菌的临时玻片标本放在没有空气的小室内,在黑暗中用极细的光束照射水绵,发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中,如果把装置放在光下,细菌则分布在叶绿体所有受光的部位。
(1)恩格尔曼实验的结论是什么
【提示】 氧气是叶绿体释放出来的,叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
(2)实验选择水绵和好氧细菌作为实验材料的优点是什么
【提示】 水绵的叶绿体呈螺旋带状分布,便于观察;用好氧细菌可确定释放氧气多的部位。
(3)为何要除去小室中原有的空气
【提示】 选用没有空气的环境,可排除空气中氧气的干扰。
(4)在黑暗中用极细光束照射水绵有何巧妙之处
【提示】 用极细光束照射,使叶绿体形成有光和无光部位,相当于一组对比实验。
(5)为何把载有水绵的临时玻片标本又暴露于光下
【提示】 和黑暗条件下用极细光束照射进行对照,进一步明确实验结果完全是由光照射到叶绿体引起的。
探究3 分析鲁宾和卡门的实验
1941年,科学家鲁宾和卡门用同位素标记的方法,研究了光合作用中氧气的来源。他们用16O的同位素18O分别标记H2O和CO2,使它们分别变成O和C18O2。然后,进行了两组实验:第一组给植物提供H2O和C18O2;第二组给同种植物提供O和CO2。在其他条件都相同的情况下,第一组释放的氧气都是O2,第二组释放的都是18O2。
(1)分析实验结果,你能得出什么结论
【提示】 光合作用释放的O2全部来自H2O,而不来自CO2。
(2)在该实验中,用18O同时标记H2O和CO2可行吗 为什么
【提示】 不可行,若同时标记H2O和CO2,则不能区分产物O2中的氧元素是来自H2O还是CO2。
典型例题
1.(2025·扬州月考)下列有关探究光合作用过程的描述,错误的是( )
[A]英格豪斯把带叶的枝条放入水里,发现绿叶只在阳光下产生气体
[B]将充分暗处理后的天竺葵叶片一半遮光,一半光照,光照部分遇碘处理后变蓝
[C]利用水绵和好氧细菌在暗处进行局部光照实验,证明光合作用的放氧部位是叶绿体
[D]用透过三棱镜的光投射到水绵的带状叶绿体上,绿光区域聚集了大量好氧细菌
【答案】 D
【解析】 英格豪斯把带叶的枝条放入水里,发现绿叶只在阳光下产生气体,进而说明了光合作用的进行需要光照;将充分暗处理后的天竺葵叶片一半遮光,一半光照,光照部分遇碘处理后变蓝,遮光部分没有变蓝,这是因为遮光部分没有进行光合作用,不产生糖类(淀粉);利用水绵和好氧细菌在暗处进行局部光照实验,发现好氧细菌就会聚集在被光束照射到的叶绿体部位,因而证明光合作用的放氧部位是叶绿体;水绵叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光,在红光和蓝紫光区域,产生的氧气最多,故用透过三棱镜的光投射到水绵的带状叶绿体上,一段时间后,好氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
2.(2025·盐城期末)1941年,鲁宾和卡门设计了如下实验,用 18O分别标记CO2(第一组)和H2O(第二组),通过培养小球藻悬浮液来研究光合作用中氧气的来源。下列叙述错误的是( )
[A]收集气体a、b,两者均没有放射性
[B]第一组和第二组的设置属于相互对照实验
[C]该实验不能证明光合作用中氧气的产生必须有光
[D]如果只有第二组实验也能充分说明光合作用的O2来自水
【答案】 D
【解析】 由于18O没有放射性,所以a、b两者均没有放射性;第一组和第二组的设置属于相互对照实验;该实验都是在光下进行的,缺少无光条件下的实验,所以不能证明光合作用中氧气的产生必须有光;18O如果只标记H2O,不标记CO2,能说明光合作用产生的O2来自水,但不能说明只来自水,只有两组对照才能充分说明光合作用产生的O2只来自水。
任务二 分析提取和分离叶绿体中光合色素的实验
下图所示为绿叶中色素的提取和分离实验的部分材料和用具,据图回答下列问题(A、B、C为三种化学物质)。
(1)提取色素时,加入剪碎的叶片后还需要加入三种物质,若A是二氧化硅,B、C分别是什么 A、B、C各起什么作用
【提示】 A是二氧化硅,作用是有助于充分研磨;B是碳酸钙,作用是防止研磨中叶绿素分子被破坏;C是无水乙醇,作用是溶解色素。
(2)滤纸为什么要预先干燥处理 在制备滤纸条时,为什么将一端的两个角剪掉
【提示】 干燥处理的目的是使层析液在滤纸条上快速扩散;剪掉两角的目的是防止层析液沿滤纸边缘扩散过快,从而保证色素带分离整齐。
(3)色素分离时,关键应注意滤液细线不要触及层析液,为什么
【提示】 滤液细线触及层析液,色素会被层析液溶解,滤纸条上分离不到色素带。
(4)某实验小组得到的色素提取液颜色过浅,可能的原因有哪些
【提示】 可能的原因有,①未加SiO2研磨不充分,色素未能充分提取出来;②称取绿叶过少或加入无水乙醇过多,色素溶液浓度低;③未加碳酸钙或加入过少,叶绿素分子部分被破坏;④选取的叶片不新鲜,颜色太浅。
(5)色素层析后,四种色素中含量最多的色素是哪种 主要吸收的光是哪种
【提示】 叶绿素a,主要吸收蓝紫光和红光。
核心归纳
1.两种实验失败的原因分析
(1)滤纸条上未出现色素带的原因。
①忘记画滤液细线,滤纸条上不含色素。
②层析时滤液细线触及层析液,使色素溶解在层析液中。
(2)滤纸条上出现4条不清晰色素带的原因。
①选取的叶片不新鲜,颜色太浅。
②称取绿叶量过少或加入无水乙醇过多,使色素溶液浓度过低。
③未加SiO2,研磨不充分,色素未能充分提取。
④未重复画滤液细线。
2.叶绿体中色素的吸收光谱分析
(1)一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光。
(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,也吸收少量其他颜色的光。
(3)叶绿体中的色素很少吸收绿光,绿光被反射,所以大多数叶片看起来呈绿色。
典型例题
3.(2025·连云港期末)下列关于“绿叶中光合色素的提取与分离”实验的叙述正确的是( )
[A]本实验的原理是光合色素溶于有机溶剂无水乙醇
[B]研磨叶片后再加入CaCO3,防止叶绿素被破坏
[C]利用纸层析法分离色素时,滤液细线不能触及层析液
[D]四种色素都能溶解在层析液里,条带最宽的溶解度最高
【答案】 C
【解析】 本实验提取色素的原理是光合色素溶于有机溶剂无水乙醇,分离的原理是光合色素在层析液中的溶解度不同;研磨叶片时加入CaCO3,防止叶绿素被破坏;分离色素时,若滤液细线触及层析液,色素就会溶解到层析液中,不会在滤纸条上得到分离的色素带,所以滤液细线不能触及层析液;四种色素都能溶解在层析液里,条带最宽的含量最多,溶解度最高的随层析液在滤纸上扩散得最快。
4.(2025·扬州期末)下图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况,以下说法正确的是( )
[A]甲是蓝绿色的叶绿素a
[B]乙在层析液中溶解度最大
[C]丁是橙黄色的叶黄素
[D]丙和丁主要吸收蓝紫光
【答案】 D
【解析】 根据题图提供的实验结果,甲乙丙丁分别是叶绿素b(黄绿色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶黄素(黄色)和胡萝卜素(橙黄色);四种色素都能溶解在层析液中,其中丁的溶解度最大,在滤纸条上扩散的速度最快;丙为叶黄素,丁为胡萝卜素,二者主要吸收的是蓝紫光。
随堂检测
1.(2025·扬州期末)下列关于光合作用探究历程的叙述错误的是( )
[A]萨克斯的实验证明叶片在光下能产生淀粉
[B]恩格尔曼的实验说明叶绿体在光下产生O2
[C]卡尔文用 14C标记CO2,追踪光合作用中碳元素的行踪
[D]鲁宾和卡门的实验证明了光合作用产生的O2来自H2O和CO2
【答案】 D
【解析】 鲁宾和卡门研究光合作用释放O2中氧原子的来源时采用了同位素标记法,用18O分别标记H2O和CO2,证明了光合作用产生的O2全部来自H2O。
2. (2025·盐城月考)某同学对菠菜叶中提取的色素进行分离,相关结果如右图所示。色素带Ⅲ是( )
[A]叶绿素a
[B]叶绿素b
[C]胡萝卜素
[D]叶黄素
【答案】 A
【解析】 “绿叶中色素的提取和分离”实验中,滤纸条上色素带自上而下的顺序是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,据题图可知色素带Ⅲ是叶绿素a。
3.基于对叶绿体结构和功能的理解,下列叙述错误的是( )
[A]植物叶片之所以呈现绿色,是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光
[B]许多圆饼状的类囊体堆叠成基粒,增大了叶绿体的膜面积
[C]恩格尔曼的实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气
[D]叶绿体内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两大类
【答案】 A
【解析】 光合色素几乎不吸收绿光,绿光被反射回来,所以植物叶片呈现绿色;由类囊体堆积形成基粒增大了叶绿体内的膜面积,有利于充分进行光合作用;恩格尔曼用水绵和好氧细菌在黑暗和无空气环境中进行实验,证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气;光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两大类,叶绿素包括叶绿素a、叶绿素b,类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素。
4.某研究组获得了小麦的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析(从上至下),与正常叶片相比,实验结果是( )
[A]光吸收差异不显著,色素带缺第2条
[B]光吸收差异显著,色素带缺第2条
[C]光吸收差异显著,色素带缺第3条
[D]光吸收差异不显著,色素带缺第3条
【答案】 A
【解析】 叶黄素和胡萝卜素主要吸收蓝紫光,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。叶黄素缺失突变体叶片不能合成叶黄素,叶黄素主要吸收蓝紫光,进行红光照射光吸收测定,则光吸收差异不显著,而色素带缺叶黄素这个条带,自上而下位于第2条,故实验结果是光吸收差异不显著,色素带缺第2条。
5.(多选)某兴趣小组欲制作彩色“叶片”书签,即将滤纸片剪成如右图形状(“叶柄”处已剪去两角)来分离绿叶中提取出的色素,趣味实验完成后“叶片书签”自上而下留下4条色素带。下列说法中,错误的有( )
[A]不同色素带宽度不同,条带3最宽
[B]需用铅笔在“叶柄”处画一条细直的横线作为滤液细线
[C]因绿叶中色素溶解于有机溶剂中,故不同色素能在书签上扩散分离开
[D]一段时间后叶绿素被分解,书签只剩下条带3、4,分别为橙黄色、黄色
【答案】 BCD
【解析】 色素带宽度代表了色素的含量,不同色素含量不同,条带宽度不同,条带 3为叶绿素a,含量最多,色素带最宽;滤液细线是由毛细吸管吸取少量滤液画成的,而不是铅笔线;色素分离的原理是色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快;色素带从上往下为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,叶绿素被分解后剩下条带
1、2。
黑藻是多年生沉水草本植物,叶片小而薄,叶绿体大,是生物实验的良好材料。
某同学用黑藻叶片做“提取和分离光合色素的实验”时,在圆形滤纸上得到如右图所示的4个近似同心的色素环1、2、3、4。
(1)色素提取时使用的试剂是什么 研磨时加入二氧化硅的目的是什么
【提示】 色素提取时使用的试剂为无水乙醇;有助于研磨得充分。
(2)分离色素时,在圆形滤纸中心处滴一滴色素提取液,待滤液干后,重复此操作的目的是什么
【提示】 增加色素的量,使实验效果明显。
(3)若研磨时忘记加入碳酸钙,则图中颜色变浅的色素环有哪些(填图中标号)
【提示】 3和4。
课时作业
(时间:30分钟 分值:48分)
第1～8题每题3分,第9～10题每题6分,共计36分。
基础对点练
知识点1 光合作用的发现历程
1.把载有水绵和好氧细菌的临时玻片标本放在没有空气的黑暗环境里,然后用极细的光束照射水绵,通过显微镜观察发现,好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射的部位。该实验证明了( )
[A]叶绿体能产生营养物质
[B]光合作用产生淀粉
[C]光合作用释放的O2来自水
[D]叶绿体是光合作用的场所
【答案】 D
【解析】 把载有水绵和好氧细菌的临时玻片标本放在没有空气的黑暗环境里,然后用极细的光束照射水绵,通过显微镜观察发现,好氧细菌只集中在叶绿体被光束照射的部位。说明被光束照射的地方有氧气的产生。所以该实验证明光合作用能产生氧气,而且叶绿体是光合作用的场所。
2.(2024·南通期末)下列关于探索光合作用原理的部分实验的叙述,错误的是( )
[A]希尔发现,在离体叶绿体悬液中加入铁盐,在黑暗中可以释放出O2
[B]鲁宾和卡门利用同位素标记技术,证明了光合作用产物O2来自H2O
[C]恩格尔曼的实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用放氧
[D]卡尔文用14C标记CO2,探明了CO2中的碳如何转变为有机物中的碳
【答案】 A
【解析】 希尔发现在离体的叶绿体悬液中加入铁盐,在光照下可以释放出氧气。
3.鲁宾和卡门用氧的同位素18O分别标记H2O和CO2,然后进行两组实验:第一组向小球藻培养液提供H2O和C18O2;第二组向同种植物提供 O 和CO2。在其他条件都相同的情况下,分析了两组实验释放的氧气。下列相关叙述正确的是( )
[A]小球藻细胞和黑藻叶细胞最明显的区别是有无核膜
[B]鲁宾和卡门的实验需通过检测同位素的放射性来追踪物质变化规律
[C]鲁宾和卡门的实验中第一组和第二组释放O2的相对分子质量比为8∶9
[D]本实验也可以只用一组植物,向其提供O和C18O2
【答案】 C
【解析】 小球藻细胞和黑藻叶细胞均属于真核细胞,二者均有核膜;18O不具有放射性,不能通过检测同位素的放射性来追踪物质变化规律;鲁宾和卡门的实验中第一组释放的氧气为16O2,第二组释放的氧气为18O2,二者的相对分子质量比为8∶9;如果只用一组植物,向其提供 O 和C18O2,不能确定光合作用释放的氧气来自H2O还是CO2。
知识点2 提取和分离叶绿体中的光合色素
4.(2025·盐城月考)光合色素对不同的可见光吸收不同,叶绿素主要吸收( )
[A]蓝紫光 [B]红光
[C]蓝紫光和红光 [D]绿光
【答案】 C
【解析】 叶绿体内的光合色素中,叶绿素主要吸收蓝紫光和红光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
5.(2025·南京期末)采用新鲜菠菜叶开展“绿叶中色素的提取和分离”实验,下列叙述错误的是( )
[A]提取色素时可用无水乙醇作为溶剂
[B]研磨时添加SiO2有助于色素提取
[C]画滤液细线应画粗些且画一次即可
[D]层析时滤液细线不能触及层析液
【答案】 C
【解析】 画滤液细线的要求是细、直、齐,目的是使分离出的色素带平整不重叠,滤液细线干燥后要在同一位置重复画,目的是增加滤纸条上色素的含量,使分离出的色素带清晰分明。
6.(2025·扬州月考)在做提取和分离叶绿体中的光合色素实验时,甲、乙、丙、丁四名同学对相关试剂的使用情况如下表所示(“+”表示使用,“-”表示未使用),其余操作均正常,他们所得的实验结果依次应为( )
试剂 甲 乙 丙 丁
无水乙醇 - + + +
CaCO3 + + - +
SiO2 + + + -
[A]①②③④ [B]④②③①
[C]②④①③ [D]③②①④
【答案】 C
【解析】 甲同学由于没有加入提取剂无水乙醇,所以提取液中不会出现色素,色素分离的结果是②;乙同学操作正确,色素分离后得到的色素带有四条,与④情况相符;丙同学由于未加CaCO3,所以叶绿素含量减少,所得到的色素带中两条叶绿素带比正常的色素带要窄,对应①;丁同学由于未加SiO2,导致叶片研磨不充分,最终导致各种色素的含量均减少,对应③,因此甲、乙、丙、丁四位同学所得的实验结果依次应为②④①③。
7.(2025·扬州月考)右图所示为某次光合作用色素纸层析的实验结果,样品分别为新鲜菠菜叶和一种蓝细菌经液氮冷冻研磨后的乙醇提取液。下列叙述正确的是( )
[A]研磨时加入CaCO3过量会破坏叶绿素
[B]实验验证了该种蓝细菌没有叶绿素b
[C]层析液可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液
[D]在敞开的烧杯中进行层析时,需通风操作
【答案】 B
【解析】 研磨时加入CaCO3是为了保护叶绿素;由题图可知,蓝细菌光合作用色素纸层析的实验结果中只有两条色素带,含有的色素是叶绿素a和胡萝卜素,不含有叶绿素b;色素在层析液中的溶解度不同,因此可用层析液来分离色素,生理盐水或磷酸盐缓冲液不能溶解色素,层析液不可采用生理盐水或磷酸盐缓冲液;层析时,为了防止层析液挥发,需要用培养皿盖住烧杯。
8.下图表示叶绿体中色素吸收光能的情况。据图判断,下列说法错误的是( )
[A]由图可知,类胡萝卜素主要吸收400～500 nm波长的光
[B]用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度
[C]由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后,叶绿体吸收利用的光能减少
[D]土壤中缺乏镁时,植物对420～470 nm波长的光的利用量明显减少
【答案】 C
【解析】 由题图可知,类胡萝卜素主要吸收400～500 nm波长的光;由题图可知,叶绿体中色素吸收450 nm波长的光比吸收600 nm波长的光要多,因此用450 nm波长的光比600 nm波长的光更有利于提高光合作用强度;分析题图可知,由550 nm波长的光转为670 nm波长的光后,叶绿体中色素吸收的光能变多;叶绿素吸收420～470 nm波长的光较多,缺镁时,叶绿素的合成受到影响,植物对 420～470 nm波长的光的利用量明显减少。
综合提升练
9.(多选)下图表示叶绿体中色素的吸收光谱(颜色深、浅分别表示吸收量多、少),下列有关叙述错误的有( )
[A]甲种色素主要分布在层析后滤纸条上自上而下的中间两条色素带
[B]甲、乙分别是叶绿素、类胡萝卜素的吸收光谱
[C]甲、乙分别是叶黄素、胡萝卜素的吸收光谱
[D]乙种色素是光合作用过程中的主要色素
【答案】 ACD
【解析】 颜色深、浅分别表示吸收量多、少,故甲图的吸收光谱主要在蓝紫光区和红光区,应为叶绿素的吸收光谱,叶绿素分布在层析后滤纸条自上而下的第三、四两条色素带。甲图的吸收光谱主要在蓝紫光区和红光区,应为叶绿素的吸收光谱;乙图的吸收光谱主要在蓝紫光区,应为类胡萝卜素的吸收光谱。乙种色素为类胡萝卜素,叶绿素是光合作用过程中的主要色素。
10.(多选)将水绵(叶绿体呈螺旋带状分布)放在一张载有好氧细菌悬浮液的玻片上,细菌会移向氧浓度高的区域。在黑暗条件下密闭培养一段时间后,观察细菌在不同光照下的分布情况。下列叙述正确的有( )
[A]用好氧细菌可确定水绵释放氧气多的部位
[B]白光下好氧细菌均匀地分布在叶绿体周围
[C]水绵叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂中
[D]c组的好氧细菌主要分布在蓝、绿光点处
【答案】 ABC
【解析】 好氧细菌需要氧气进行有氧呼吸,因此用好氧细菌可确定水绵释放氧气多的部位;白光下氧气产生较均匀,因此好氧细菌均匀地分布在叶绿体周围;水绵叶绿体中的色素能溶解在无水乙醇中;在c组中有红、绿、蓝三区,吸收光能的色素中,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,在蓝光点和红光点区域释放的氧气最多,聚集的细菌最多。
11.(12分)(2025·徐州月考)某同学用菠菜叶做色素的提取和分离实验过程中,用纸层析法分离色素,在滤纸条上分离出5条色素带,计算出每条色素带的迁移率如图1所示。可以确定最下面的两条色素带分别为叶绿素a和叶绿素b,但上方还有三条色素带。为了弄清这些色素带的成分,该同学做了β-胡萝卜素和叶黄素的标准品迁移率的对比,结果如图2所示。请回答下列问题。
(1)菠菜叶中的光合色素主要分布在叶绿体中的 上。
(2)实验中可以用 提取菠菜叶中的色素。色素带的迁移率与
有关。
(3)叶绿素a的颜色是 ,叶绿素主要吸收 光。
(4)根据图2实验结果可以推测β-胡萝卜素和叶黄素分别对应图1中色素带 和 。
【答案】 (除标注外,每空2分)
(1)类囊体膜
(2)无水乙醇 其在层析液中的溶解度
(3)蓝绿色 蓝紫光和红
(4)1(1分) 2(1分)
【解析】 (1)叶片中光合色素主要分布在叶绿体的类囊体膜上。
(2)色素易溶于有机溶剂,所以可用无水乙醇提取菠菜叶中的色素,色素带的迁移率与其在层析液中的溶解度有关,溶解度大的在层析纸上扩散较快。
(3)叶绿素a呈蓝绿色,叶绿素主要吸收蓝紫光和红光。
(4)由题图可知,色素带1和色素带2的迁移率分别与β-胡萝卜素和叶黄素的迁移率对应,说明色素带1为 β-胡萝卜素,色素带2为叶黄素。
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第二节 光合作用——
光能的捕获和转换
第1课时 解开光合作用之谜、叶绿体与光能的捕获
1.简述光合作用的发现及研究历史。2.阐述叶绿体中光合色素的种类和功能。3.进行“提取和分离叶绿体中的光合色素”的实验。
一、解开光合作用之谜
1.海尔蒙特的“柳树实验”
(1)实验方法: 研究法。只用收集到的 给柳树浇水。
(2)实验结果:柳树苗长成大树, 减少很少。
(3)实验结论:树木只要有 ,就能生长发育。
2.英格豪斯实验
(1)实验方法:把 的枝条放入水里。
(2)实验结果:绿叶只在 产生气体,在 不产生气体。
定量
雨水
土壤质量
水
带叶
阳光下
黑暗处
3.萨克斯实验
(1)实验过程:将暗处理过的叶片做部分 后放在光下,采用碘蒸气处理叶片。
(2)实验结论:叶片在光下能产生 。
4.鲁宾和卡门实验
(1)探究方法: 。
(2)实验过程及结论
遮光
淀粉
同位素标记法
水
5.卡尔文实验
(1)研究方法:同位素标记法,用14C标记CO2。
(2)研究结果:发现CO2被用于合成糖类等有机物的途径—— 。
6.恩格尔曼实验
(1)实验过程。
卡尔文循环
被光束照射到
所有的受光
红光区
蓝紫光区
(2)实验结论:叶绿体中含有能有效地吸收利用 和 的物质,这些物质吸收的光与绿叶在光下产生 有关。
7.希尔实验
(1)实验方法:向 中加入草酸铁,并给予光照。
(2)实验结果:离体叶绿体释放出了氧气。
(3)实验结论:一定程度上证明光合作用在 中进行。
红光
蓝紫光
氧气
叶绿体悬液
叶绿体
二、提取和分离叶绿体中的光合色素
1.实验原理
(1) 等有机溶剂能溶解绿叶中的各种光合色素。
(2)色素在 中的溶解度不同,因而在滤纸上的 有差异。
2.实验步骤
(1)提取色素:称取5 g新鲜的菠菜叶(或其他植物绿叶),剪碎后放入研钵中,加入少许 、 和5 mL ,迅速而充分地研磨。将研磨液过滤到试管中,及时用棉塞塞紧试管口。
无水乙醇
层析液
扩散速度
二氧化硅
碳酸钙
无水乙醇
(2)制备滤纸条:将与烧杯高度相等、宽1 cm的干燥滤纸条,剪去一端的两个角,在距离该端大约 处用铅笔画一条细线。
(3)画滤液细线:用毛细吸管吸取少量滤液,沿铅笔画的细线画一条 的滤液细线,吹干后在同一位置重复画滤液细线。
(4)分离色素:将画好滤液细线的滤纸条轻轻地插入盛有3 mL层析液的烧杯中,斜靠在烧杯壁上,用培养皿覆盖烧杯。滤液细线不能触及 。
1 cm
细而直
层析液
(5)观察结果:几分钟后取出滤纸条,观察滤纸条上色素的分布情况。
色素种类 色素颜色
① 类胡萝卜素 橙黄色
② 黄色
③ 叶绿素a 叶绿素
④ 叶绿素b
胡萝卜素
叶黄素
蓝绿色
黄绿色
3.叶绿体中色素的分布及功能
(1)分布:在 上。
(2)功能:叶绿素主要吸收 光,类胡萝卜素主要吸收 光。叶绿素是光合作用过程中的主要色素,类胡萝卜素还有保护 免遭强光伤害的作用。
类囊体膜
红光和蓝紫
蓝紫
叶绿素
判断正误
(1)英格豪斯证明了植物在阳光下产生O2。( )
【提示】 英格豪斯发现绿叶只在阳光下产生气体,后来人们确定该气体为O2。
(2)恩格尔曼利用水绵和好氧细菌进行实验,证明光合作用的放氧部位是叶绿体。( )
×
√
(3)不能让滤液细线触及层析液,否则滤液细线中的色素会被层析液溶解。
( )
【提示】 叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。
(4)叶绿素a和叶绿素b主要吸收蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收红光。( )
√
(5)绿叶中的色素易溶于有机溶剂,一般用层析液提取绿叶中的色素。( )
×
×
【提示】 绿叶中的色素能溶解在有机溶剂无水乙醇中,所以一般用无水乙醇提取绿叶中的色素。
(6)提取色素时加碳酸钙的目的是使研磨更充分。( )
【提示】 提取色素时加碳酸钙的目的是防止叶绿素分子被破坏。
×
任务一 分析光合作用的探索历程
探究1 分析萨克斯的实验
下图所示是萨克斯的实验步骤,请分析回答下列问题。
(1)把绿叶先在暗处放置24小时的目的是什么
【提示】 消耗掉叶片中原有的淀粉,防止干扰实验结果。
(2)该实验是如何形成对照的
【提示】 树叶部分遮光,另一部分曝光,形成了对照。
(3)为什么要将叶片用酒精脱色后再用碘蒸气处理
【提示】 避免叶片颜色对实验结果的干扰。
(4)本实验的结论是什么
【提示】 叶片在光下能产生淀粉。
探究2 分析恩格尔曼的实验
1881年,科学家恩格尔曼做了这样的实验:把载有水绵(叶绿体呈螺旋带状分布)和好氧细菌的临时玻片标本放在没有空气的小室内,在黑暗中用极细的光束照射水绵,发现细菌只向叶绿体被光束照射到的部位集中,如果把装置放在光下,细菌则分布在叶绿体所有受光的部位。
(1)恩格尔曼实验的结论是什么
【提示】 氧气是叶绿体释放出来的,叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
(2)实验选择水绵和好氧细菌作为实验材料的优点是什么
【提示】 水绵的叶绿体呈螺旋带状分布,便于观察;用好氧细菌可确定释放氧气多的部位。
(3)为何要除去小室中原有的空气
【提示】 选用没有空气的环境,可排除空气中氧气的干扰。
(4)在黑暗中用极细光束照射水绵有何巧妙之处
【提示】 用极细光束照射,使叶绿体形成有光和无光部位,相当于一组对比
实验。
(5)为何把载有水绵的临时玻片标本又暴露于光下
【提示】 和黑暗条件下用极细光束照射进行对照,进一步明确实验结果完全是由光照射到叶绿体引起的。
探究3 分析鲁宾和卡门的实验
(1)分析实验结果,你能得出什么结论
【提示】 光合作用释放的O2全部来自H2O,而不来自CO2。
(2)在该实验中,用18O同时标记H2O和CO2可行吗 为什么
【提示】 不可行,若同时标记H2O和CO2,则不能区分产物O2中的氧元素是来自H2O还是CO2。
「典型例题」
1.(2025·扬州月考)下列有关探究光合作用过程的描述,错误的是( )
[A]英格豪斯把带叶的枝条放入水里,发现绿叶只在阳光下产生气体
[B]将充分暗处理后的天竺葵叶片一半遮光,一半光照,光照部分遇碘处理后变蓝
[C]利用水绵和好氧细菌在暗处进行局部光照实验,证明光合作用的放氧部位是叶绿体
[D]用透过三棱镜的光投射到水绵的带状叶绿体上,绿光区域聚集了大量好氧细菌
D
【解析】 英格豪斯把带叶的枝条放入水里,发现绿叶只在阳光下产生气体,进而说明了光合作用的进行需要光照;将充分暗处理后的天竺葵叶片一半遮光,一半光照,光照部分遇碘处理后变蓝,遮光部分没有变蓝,这是因为遮光部分没有进行光合作用,不产生糖类(淀粉);利用水绵和好氧细菌在暗处进行局部光照实验,发现好氧细菌就会聚集在被光束照射到的叶绿体部位,因而证明光合作用的放氧部位是叶绿体;水绵叶绿体中的色素主要吸收红光和蓝紫光,在红光和蓝紫光区域,产生的氧气最多,故用透过三棱镜的光投射到水绵的带状叶绿体上,一段时间后,好氧细菌聚集在红光和蓝紫光区域。
2.(2025·盐城期末)1941年,鲁宾和卡门设计了如下实验,用 18O分别标记CO2(第一组)和H2O(第二组),通过培养小球藻悬浮液来研究光合作用中氧气的来源。下列叙述错误的是( )
[A]收集气体a、b,两者均没有放射性
[B]第一组和第二组的设置属于相互对照实验
[C]该实验不能证明光合作用中氧气的产生必须有光
[D]如果只有第二组实验也能充分说明光合作用的O2来自水
D
【解析】 由于18O没有放射性,所以a、b两者均没有放射性;第一组和第二组的设置属于相互对照实验;该实验都是在光下进行的,缺少无光条件下的实验,所以不能证明光合作用中氧气的产生必须有光;18O如果只标记H2O,不标记CO2,能说明光合作用产生的O2来自水,但不能说明只来自水,只有两组对照才能充分说明光合作用产生的O2只来自水。
任务二 分析提取和分离叶绿体中光合色素的实验
下图所示为绿叶中色素的提取和分离实验的部分材料和用具,据图回答下列问题(A、B、C为三种化学物质)。
(1)提取色素时,加入剪碎的叶片后还需要加入三种物质,若A是二氧化硅,B、C分别是什么 A、B、C各起什么作用
【提示】 A是二氧化硅,作用是有助于充分研磨;B是碳酸钙,作用是防止研磨中叶绿素分子被破坏;C是无水乙醇,作用是溶解色素。
(2)滤纸为什么要预先干燥处理 在制备滤纸条时,为什么将一端的两个角剪掉
【提示】 干燥处理的目的是使层析液在滤纸条上快速扩散;剪掉两角的目的是防止层析液沿滤纸边缘扩散过快,从而保证色素带分离整齐。
(3)色素分离时,关键应注意滤液细线不要触及层析液,为什么
【提示】 滤液细线触及层析液,色素会被层析液溶解,滤纸条上分离不到色素带。
(4)某实验小组得到的色素提取液颜色过浅,可能的原因有哪些
【提示】 可能的原因有,①未加SiO2研磨不充分,色素未能充分提取出来;②称取绿叶过少或加入无水乙醇过多,色素溶液浓度低;③未加碳酸钙或加入过少,叶绿素分子部分被破坏;④选取的叶片不新鲜,颜色太浅。
(5)色素层析后,四种色素中含量最多的色素是哪种 主要吸收的光是哪种
【提示】 叶绿素a,主要吸收蓝紫光和红光。
「核心归纳」
1.两种实验失败的原因分析
(1)滤纸条上未出现色素带的原因。
①忘记画滤液细线,滤纸条上不含色素。
②层析时滤液细线触及层析液,使色素溶解在层析液中。
(2)滤纸条上出现4条不清晰色素带的原因。
①选取的叶片不新鲜,颜色太浅。
②称取绿叶量过少或加入无水乙醇过多,使色素溶液浓度过低。
③未加SiO2,研磨不充分,色素未能充分提取。
④未重复画滤液细线。
2.叶绿体中色素的吸收光谱分析
(1)一般情况下,光合作用所利用的光都是可见光。
(2)叶绿素主要吸收红光和蓝紫光,类胡萝卜素主要吸收蓝紫光,也吸收少量其他颜色的光。
(3)叶绿体中的色素很少吸收绿光,绿光被反射,所以大多数叶片看起来呈绿色。
「典型例题」
3.(2025·连云港期末)下列关于“绿叶中光合色素的提取与分离”实验的叙述正确的是( )
[A]本实验的原理是光合色素溶于有机溶剂无水乙醇
[B]研磨叶片后再加入CaCO3,防止叶绿素被破坏
[C]利用纸层析法分离色素时,滤液细线不能触及层析液
[D]四种色素都能溶解在层析液里,条带最宽的溶解度最高
C
【解析】 本实验提取色素的原理是光合色素溶于有机溶剂无水乙醇,分离的原理是光合色素在层析液中的溶解度不同;研磨叶片时加入CaCO3,防止叶绿素被破坏;分离色素时,若滤液细线触及层析液,色素就会溶解到层析液中,不会在滤纸条上得到分离的色素带,所以滤液细线不能触及层析液;四种色素都能溶解在层析液里,条带最宽的含量最多,溶解度最高的随层析液在滤纸上扩散得最快。
4.(2025·扬州期末)下图是新鲜绿叶的四种光合色素在滤纸上分离的情况,以下说法正确的是( )
[A]甲是蓝绿色的叶绿素a
[B]乙在层析液中溶解度最大
[C]丁是橙黄色的叶黄素
[D]丙和丁主要吸收蓝紫光
D
【解析】 根据题图提供的实验结果,甲乙丙丁分别是叶绿素b(黄绿色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶黄素(黄色)和胡萝卜素(橙黄色);四种色素都能溶解在层析液中,其中丁的溶解度最大,在滤纸条上扩散的速度最快;丙为叶黄素,丁为胡萝卜素,二者主要吸收的是蓝紫光。
思维导图
随堂检测
1.(2025·扬州期末)下列关于光合作用探究历程的叙述错误的是( )
[A]萨克斯的实验证明叶片在光下能产生淀粉
[B]恩格尔曼的实验说明叶绿体在光下产生O2
[C]卡尔文用 14C标记CO2,追踪光合作用中碳元素的行踪
[D]鲁宾和卡门的实验证明了光合作用产生的O2来自H2O和CO2
D
【解析】 鲁宾和卡门研究光合作用释放O2中氧原子的来源时采用了同位素标记法,用18O分别标记H2O和CO2,证明了光合作用产生的O2全部来自H2O。
2. (2025·盐城月考)某同学对菠菜叶中提取的色素进行分离,相关结果如右图所示。色素带Ⅲ是( )
[A]叶绿素a
[B]叶绿素b
[C]胡萝卜素
[D]叶黄素
A
【解析】 “绿叶中色素的提取和分离”实验中,滤纸条上色素带自上而下的顺序是胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,据题图可知色素带Ⅲ是叶绿素a。
3.基于对叶绿体结构和功能的理解,下列叙述错误的是( )
[A]植物叶片之所以呈现绿色,是因为叶片中的叶绿体吸收了绿光
[B]许多圆饼状的类囊体堆叠成基粒,增大了叶绿体的膜面积
[C]恩格尔曼的实验证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气
[D]叶绿体内的光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两大类
A
【解析】 光合色素几乎不吸收绿光,绿光被反射回来,所以植物叶片呈现绿色;由类囊体堆积形成基粒增大了叶绿体内的膜面积,有利于充分进行光合作用;恩格尔曼用水绵和好氧细菌在黑暗和无空气环境中进行实验,证明了叶绿体能吸收光能用于光合作用释放氧气;光合色素主要包括叶绿素和类胡萝卜素两大类,叶绿素包括叶绿素a、叶绿素b,类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素。
4.某研究组获得了小麦的叶黄素缺失突变体。将其叶片进行了红光照射光吸收测定和色素层析条带分析(从上至下),与正常叶片相比,实验结果是
( )
[A]光吸收差异不显著,色素带缺第2条
[B]光吸收差异显著,色素带缺第2条
[C]光吸收差异显著,色素带缺第3条
[D]光吸收差异不显著,色素带缺第3条
A
【解析】 叶黄素和胡萝卜素主要吸收蓝紫光,叶绿素主要吸收红光和蓝紫光。叶黄素缺失突变体叶片不能合成叶黄素,叶黄素主要吸收蓝紫光,进行红光照射光吸收测定,则光吸收差异不显著,而色素带缺叶黄素这个条带,自上而下位于第2条,故实验结果是光吸收差异不显著,色素带缺第2条。
5.(多选)某兴趣小组欲制作彩色“叶片”书签,即将滤纸片剪成如右图形状
(“叶柄”处已剪去两角)来分离绿叶中提取出的色素,趣味实验完成后“叶片书签”自上而下留下4条色素带。下列说法中,错误的有( )
[A]不同色素带宽度不同,条带3最宽
[B]需用铅笔在“叶柄”处画一条细直的横线作为滤液细线
[C]因绿叶中色素溶解于有机溶剂中,故不同色素能在书签上扩散分离开
[D]一段时间后叶绿素被分解,书签只剩下条带3、4,分别为橙黄色、黄色
BCD
【解析】 色素带宽度代表了色素的含量,不同色素含量不同,条带宽度不同,条带 3为叶绿素a,含量最多,色素带最宽;滤液细线是由毛细吸管吸取少量滤液画成的,而不是铅笔线;色素分离的原理是色素在层析液中的溶解度不同,溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快;色素带从上往下为胡萝卜素、叶黄素、叶绿素a、叶绿素b,叶绿素被分解后剩下条带1、2。
联系实际 迁移应用
黑藻是多年生沉水草本植物,叶片小而薄,叶绿体大,是生物实验的良好材料。
某同学用黑藻叶片做“提取和分离光合色素的实验”时,在圆形滤纸上得到如右图所示的4个近似同心的色素环1、2、3、4。
(1)色素提取时使用的试剂是什么 研磨时加入二氧化硅的目的是什么
【提示】 色素提取时使用的试剂为无水乙醇;有助于研磨得充分。
(2)分离色素时,在圆形滤纸中心处滴一滴色素提取液,待滤液干后,重复此操作的目的是什么
【提示】 增加色素的量,使实验效果明显。
(3)若研磨时忘记加入碳酸钙,则图中颜色变浅的色素环有哪些(填图中
标号)
【提示】 3和4。
